Челябинские ученые научились плавить железо «в микроволновке»

Южноуральские ученые с китайскими партнерами изобрели экотехнологию восстановления железа с помощью излучения сверхвысокой частоты. СВЧ-излучение работает по принципу микроволновки, «сваривая» руду и аналог древесного угля.

Она стала изюминкой прошедшей в августе в режиме онлайн презентации Года научно-технического и инновационного сотрудничества России и Китая. В рамках заключенного с Китаем соглашения в челябинских вузах проводятся совместные научные исследования, увеличивается количество студентов из КНР по перспективным техническим специальностям. Так, «железная» инновационная технология разработана учеными ЧелГУ и Центрального южного университета Китая.

На ее создание ушло два года. Южноуральские и китайские физики провели исследования механизмов взаимовлияния электродинамических и термохимических процессов, возникающих при микроволновом нагреве так называемых многослойных биочарсодержащих (биочар — это древесный пироуголь) гранул железной руды. Как показали эксперименты, новая технология восстановления железа из руды с добавлением лигнина (древесных отходов) позволяет добиться более качественного и чистого процесса восстановления. Международный научный проект профинансировал Российский фонд фундаментальных исследований.

«В древесных отходах высоко содержание углерода и мало примесей, поэтому они могут частично либо полностью заменить каменный уголь или кокс как перспективный восстановитель в металлургии, — сообщил научный руководитель проекта, доцент кафедры радиофизики и электроники физического факультета ЧелГУ Антон Анзулевич. — Мы разработали метод производства особо качественных металлизированных пеллетов — топлива из древесных отходов для выплавки стали. Она самовосстанавливается под воздействием СВЧ-излучения из железорудных композиционных гранул с древесным лигнином».

В чем-то эта «природоподобная» экотехнология позаимствована из старинных секретов мастеров дамасской стали и уральского булата, когда железо получали из руды, добавляя в нее древесный уголь. Пеллеты, пироуголь — это почти такое же, хоть и современное, «сырье». При этом практически не образуются вредные выбросы.

Как сообщили разработчики, в рамках гранта поработать над этим проектом предложили челябинским физикам коллеги из института обработки минералов и биоинженерии Центрального южного университета Китая. Прошли взаимные визиты в китайский город Чанша и Челябинск. Опубликованы восемь совместных научных работ, результаты представлены на международных конференциях.

«Китайские ученые во главе с Пэн Чживэем в основном проводили экспериментальные исследования, а мы — теоретическую часть, — пояснил Антон Анзулевич. — В Китае налажено лабораторное производство, наш коллектив проводил расчеты. Также от коллег мы получили образцы исходных порошков и изготовленных гранул, провели рентгеновский и структурный анализ».

Добавим, что, согласно прогнозам, новая технология позволит снизить себестоимость чугуна и стали, повысить качество и снизить выбросы при производстве. Исследования в рамках проекта будут продолжены в 2021 году. В научный фонд направлена еще одна совместная заявка на международный грант.